Penyelidikan Curiosity Mars melihat tanda karbon yang kuat di lapisan batu – dapat menunjukkan aktivitas biologis

Karbon sangat penting untuk kehidupan, sejauh yang kita tahu. Jadi, setiap kali kami mendeteksi jejak karbon yang kuat di suatu tempat seperti Mars, itu bisa menunjukkan aktivitas biologis.

Apakah sinyal karbon yang kuat di batuan Mars menunjukkan proses biologis dari beberapa jenis?

Sinyal karbon kuat apa pun menarik saat Anda mencari kehidupan. Ini adalah komponen umum dalam semua kehidupan seperti yang kita kenal. Tetapi ada berbagai jenis karbon, dan karbon dapat terkonsentrasi di lingkungan karena alasan lain. Ini tidak secara otomatis berarti bahwa kehidupan terlibat dalam jejak karbon.

Atom karbon selalu memiliki enam proton, tetapi jumlah neutron dapat bervariasi. Atom karbon dengan jumlah neutron yang berbeda disebut isotop. Tiga isotop karbon ada secara alami: C12 dan C13, yang merupakan isotop stabil, dan C14, yang merupakan radionuklida. C12 berisi enam neutron, C13 berisi tujuh neutron, dan C14 berisi delapan neutron.

Dalam hal isotop karbon, kehidupan lebih menyukai C12. Mereka menggunakannya dalam fotosintesis atau untuk memetabolisme makanan. Alasannya relatif sederhana. C12 memiliki satu neutron kurang dari C13, yang berarti bahwa ketika berikatan dengan atom lain dalam molekul, itu membuat koneksi lebih sedikit daripada C13 pada posisi yang sama. Hidup pada dasarnya malas, dan Anda akan selalu berusaha mencari cara termudah untuk melakukan sesuatu. C12 lebih mudah digunakan karena membentuk ikatan yang lebih sedikit daripada C13. Lebih mudah untuk sampai ke C13, dan hidup tidak pernah mengambil jalan yang sulit ketika cara yang lebih mudah tersedia.

Penjelajah Curiosity bekerja keras di kawah Gale Mars, mencari tanda-tanda kehidupan. Dia menggali bebatuan, mengekstrak sampel yang dihaluskan, dan memasukkannya ke dalam lab kimia kapal. Curiosity Laboratory disebut SAM yang merupakan singkatan dari Analisis sampel di Mars. Di dalam SAM, rover menggunakan pirolisis untuk memanggang sampel dan mengubah karbon di batu menjadi metana. Pirolisis dilakukan dalam aliran helium inert untuk mencegah kontaminasi dalam proses. Kemudian ia mengeksplorasi gas dengan alat yang disebut spektrometer laser merdu Untuk mengetahui isotop karbon yang ada dalam metana.

Instrumen analisis sampel di Mars disebut SAM. SAM terdiri dari tiga instrumen berbeda yang mencari dan mengukur bahan kimia organik dan elemen ringan yang berpotensi menjadi komponen penting kehidupan. Kredit: NASA/JPL-Caltech

Tim di balik sistem Curiosity SAM melihat 24 sampel batuan dalam proses ini dan baru-baru ini menemukan sesuatu yang patut diperhatikan. Enam sampel menunjukkan peningkatan kadar C12 hingga C13. Dibandingkan dengan standar referensi berbasis Bumi untuk rasio C12/C13, sampel dari enam lokasi ini mengandung lebih dari 70 bagian per seribu C12. Di Bumi, 98,93% karbon adalah C12 Bumi, dan sisanya 1,07% C13.

Sebuah studi baru yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) menyajikan hasilnya. Judulnya adalahKomposisi isotop karbon yang habis diamati di Kawah Gale, Mars.Penulis utama adalah Christopher House, seorang ilmuwan rasa ingin tahu di Penn State University.

Ini adalah penemuan yang menarik, dan jika hasil ini diperoleh di Bumi, mereka akan menunjukkan bahwa proses biologis menghasilkan banyak C12.

Di Bumi purba, bakteri pelagis menghasilkan metana sebagai produk sampingan. Mereka disebut metanogen, yang merupakan prokariota dari domain Archaea. Metanogen masih ditemukan hari ini di Bumi, di lahan basah rendah oksigen, di saluran pencernaan ruminansia, dan di lingkungan yang keras seperti mata air panas.

Bakteri ini menghasilkan metana, yang memasuki atmosfer dan bereaksi dengan sinar ultraviolet. Interaksi ini menghasilkan molekul yang lebih kompleks yang jatuh ke permukaan bumi. Mereka telah diawetkan di batuan bumi bersama dengan jejak karbon mereka. Hal yang sama mungkin terjadi di Mars, dan jika itu terjadi, itu bisa menjelaskan penemuan Curiosity.

Tapi ini Mars. Jika sejarah pencarian kehidupan di Mars memberi tahu kita sesuatu, bukan berarti kita harus mendahului diri kita sendiri.

“Kami menemukan hal-hal menarik di Mars, tetapi kami benar-benar membutuhkan lebih banyak bukti untuk mengatakan bahwa kami telah mengidentifikasi kehidupan,” kata Paul Mahaffey, mantan peneliti utama yang menganalisis sampel Curiosity di Mars Laboratory. “Jadi kami melihat apa yang bisa menjadi penyebab tanda tangan karbon yang kami lihat, jika bukan kehidupan.”

Curiosity mengabadikan foto panorama 360 derajat ini pada 9 Agustus 2018, di Vera Rubin Ridge. Sumber: NASA / JPL-Caltech / MSSS

Dalam makalah mereka, para penulis menulis, “Ada beberapa penjelasan yang masuk akal bagi mereka yang kekurangan energi secara tidak normal ¹³C diamati dalam metana yang berkembang, tetapi tidak ada penjelasan tunggal yang dapat diterima tanpa penelitian lebih lanjut. “

Salah satu kesulitan dalam memahami jejak karbon seperti ini adalah apa yang disebut bias tanah. Sebagian besar dari apa yang para ilmuwan ketahui tentang kimia atmosfer dan hal-hal terkait didasarkan pada Bumi. Jadi ketika datang ke tanda tangan karbon yang baru ditemukan di Mars, para ilmuwan dapat merasa sulit untuk tetap membuka pikiran mereka terhadap kemungkinan-kemungkinan baru yang mungkin tidak ada di Mars. Sejarah pencarian kehidupan di Mars memberi tahu kita hal ini.

Ahli astrobiologi Goddard Jennifer L. Eigenbrod, yang terlibat dalam studi karbon, mengatakan. Sebelumnya, Eigenbrode memimpin tim ilmuwan Curiosity internasional dalam menemukan molekul organik yang tak terhitung jumlahnya – yang mengandung karbon – di permukaan Mars.

“Kita perlu membuka pikiran dan berpikir di luar kotak, dan itulah yang dilakukan makalah ini,” kata Eigenbrod.

Para peneliti mengutip dua penjelasan non-biologis untuk tanda tangan karbon yang tidak biasa dalam makalah mereka. Salah satunya melibatkan awan molekuler.

Hipotesis awan molekuler menyatakan bahwa tata surya kita melewati awan molekul ratusan juta tahun yang lalu. Ini adalah peristiwa langka, tetapi itu terjadi sekali setiap 100 juta tahun, sehingga para ilmuwan tidak dapat mengesampingkannya. Awan molekuler pada dasarnya adalah hidrogen molekuler, tetapi salah satunya mungkin kaya akan jenis karbon yang lebih ringan. Curiosity ditemukan di Kawah Gale. Awan mungkin telah mendinginkan Mars secara signifikan, menyebabkan terjadinya glasiasi dalam skenario ini. Pendinginan dan lapisan es mencegah karbon yang lebih ringan di awan molekuler bercampur dengan karbon lain di Mars, menciptakan endapan karbon dioksida yang meningkat. Makalah tersebut menyatakan bahwa “pencairan glasial selama periode glasial dan es yang surut setelahnya akan meninggalkan partikel debu antarbintang di permukaan geomorfologi”.

Hipotesis ini cocok karena Curiosity telah menemukan beberapa tingkat C12 yang tinggi di puncak pegunungan – seperti Vera Rubin Ridge – dan titik tinggi lainnya di Kawah Gale. Sampel dikumpulkan dari “…berbagai batuan (batu lempung, pasir dan batu pasir) dan didistribusikan sementara selama operasi misi hingga saat ini,” tulis surat kabar tersebut. Namun, hipotesis awan molekuler adalah rangkaian peristiwa yang tidak mungkin terjadi.

Penjelajah Curiosity NASA mengangkat lengan robotnya dengan bor mengarah ke langit saat menjelajahi Vera Rubin Ridge di dasar Gunung Sharp di dalam Kawah Gale – dengan latar belakang tepi kawah yang jauh. Mosaik kamera Navcam ini dijahit dari gambar mentah yang diambil di Sol 1833, 2 Oktober 2017, dan telah diwarnai. Kredit: NASA/JPL/Ken Kramer/kenkremer.com/Marco DiLorenzo.

Hipotesis non-biologis lainnya melibatkan sinar ultraviolet. Atmosfer Mars mengandung lebih dari 95% karbon dioksida, dan dalam skenario ini, sinar UV dapat bereaksi dengan gas karbon dioksida di atmosfer Mars yang menghasilkan partikel baru yang mengandung karbon. Partikel-partikel itu akan menghujani Mars dan menjadi bagian dari bebatuan di sana. Hipotesis ini mirip dengan bagaimana metanogen secara tidak langsung menghasilkan C12 di Bumi, tetapi sepenuhnya abiotik.

“Ketiga penjelasan tersebut sesuai dengan data,” kata penulis utama Christopher House. “Kami hanya membutuhkan lebih banyak data untuk mengesampingkannya atau mengecualikannya.”

Angka dari penelitian ini menjelaskan tiga hipotesis yang dapat menjelaskan tanda tangan karbon. Biru menunjukkan metana yang diproduksi secara biologis dari bagian dalam Mars, yang mengendapkan bahan organik yang terkuras 13 °C setelah fotolisis. Oranye menunjukkan reaksi fotokimia melalui sinar UV yang dapat menghasilkan banyak produk atmosfer, beberapa di antaranya dapat disimpan sebagai bahan organik dengan ikatan kimia yang mudah putus. Gray menunjukkan hipotesis awan molekuler. Kredit: Rumah et al. 2022.

“Di Bumi, proses yang menghasilkan sinyal karbon yang kami deteksi di Mars adalah proses biologis,” tambah House. “Kita harus memahami jika penjelasan yang sama berlaku untuk Mars atau jika ada penjelasan lain karena Mars benar-benar berbeda.”

Sekitar setengah dari sampel Curiosity mengandung kadar C12 yang sangat tinggi. Hal ini tidak hanya lebih tinggi dari proporsi tanah; Ini lebih tinggi dari apa yang ditemukan para ilmuwan di meteorit Mars dan atmosfer Mars. Sampel berasal dari lima situs di Kawah Gale, dan semua situs memiliki satu kesamaan: mereka memiliki atap kuno yang terpelihara dengan baik.

Seperti yang dikatakan Paul Mahaffy, hasilnya “sangat menarik.” Tetapi para ilmuwan masih mempelajari siklus karbon di Mars, dan kami masih belum tahu banyak. Sangat menggoda untuk membuat asumsi tentang siklus karbon di Mars berdasarkan siklus karbon di Bumi. Tapi karbon mungkin beredar melalui Mars dengan cara yang belum kita duga. Apakah tanda tangan karbon ini pada akhirnya merupakan tanda kehidupan atau tidak, masih merupakan pengetahuan yang berharga untuk memahami tanda tangan karbon Mars.

“Mendefinisikan siklus karbon di Mars benar-benar kunci untuk mencoba memahami bagaimana kehidupan bisa masuk ke dalam siklus itu,” kata Andrew Steele, ilmuwan penasaran di Carnegie Institution for Science di Washington, D.C. “Kami telah melakukan ini dengan sukses di Bumi, tetapi kami baru mulai mendefinisikan siklus itu untuk Mars.”

Tetapi tidak mudah untuk menarik kesimpulan tentang Mars berdasarkan siklus karbon di Bumi. Steele menjelaskan hal ini ketika dia berkata, “Ada bagian besar dari siklus karbon di Bumi yang mencakup kehidupan, dan karena kehidupan, ada bagian besar dari siklus karbon di Bumi yang tidak kita pahami karena ke mana pun kita melihat, ada kehidupan. .”

Penjelajah Ketekunan NASA mencari tanda-tanda kehidupan purba di Mars di Kawah Jezero. Hasil dari Curiosity dapat menginformasikan aktivitas pengambilan sampel persistensi. Kredit: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Curiosity masih beroperasi di Mars dan akan berlangsung untuk sementara waktu. Arti dari sampel-sampel ini, bersama dengan pemahaman yang lebih baik tentang siklus karbon di Mars, ada di depan. Curiosity akan mengambil lebih banyak sampel batuan untuk mengukur konsentrasi isotop karbon. Ini akan mengambil sampel batuan dari permukaan kuno lainnya yang terpelihara dengan baik untuk melihat apakah hasilnya serupa dengan itu. Idealnya, ia akan menemukan kolom metana lain dan mengambil sampelnya, tetapi peristiwa ini tidak dapat diprediksi, dan tidak ada cara untuk mempersiapkannya.

Bagaimanapun, hasil ini akan membantu dalam pengumpulan sampel persistensi Kawah Jezero. Ketekunan dapat mengkonfirmasi sinyal karbon yang serupa dan bahkan menentukan apakah itu biologis atau tidak.

Ketekunan juga mengumpulkan sampel untuk kembali ke Bumi. Para ilmuwan akan mempelajari sampel ini lebih aktif daripada lab di rover, jadi siapa yang tahu apa yang akan kita pelajari.

Kehidupan purba di Mars adalah kemungkinan yang menggiurkan, tetapi untuk saat ini, setidaknya, itu tidak pasti.

Awalnya Diposting di alam semesta hari ini.

Untuk informasi lebih lanjut tentang penelitian ini, lihat:

Referensi: “Komposisi isotop karbon yang habis diamati di Kawah Gale, Mars” oleh Christopher H. . Atria, Jennifer L. Eigenbrod, Alexis Gilbert, Amy E. Hoffman, Maeva Milan, Andrew Steel, Daniel B. Glavin, Charles A. Malspin dan Paul R. Mahaffey, 17 Jan 2022, Prosiding National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2115651119